鈉電池 vs 鋰聚合物電池哪個(gè)好？

近期，“鈉電池”（Sodium-ion battery）的新聞?dòng)值搅宋覀兊囊曇袄?，在電池界又掀起了一陣熱潮。有人說(shuō)鈉電池將會(huì)是“國(guó)貨之光”，未來(lái)的希望，也有人說(shuō)這是一場(chǎng)科技騙局，到底是怎么一回事？鈉電池會(huì)取代現(xiàn)有的鋰離子、鋰聚合物電池嗎？今天來(lái)給大家講解一下其中的緣由。

什么是鈉離子電池？

其實(shí)早在上世紀(jì)八十年代，已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)鈉離子電池的研究。早期被設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出來(lái)的電極材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2電化學(xué)性能不理想，發(fā)展非常緩慢。

鈉離子電池（Sodium-ion battery），是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，與鋰離子電池工作原理相似。

（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

正如我剛剛所說(shuō)的，鈉電池和鋰電池都不是近兩年才被發(fā)現(xiàn)的，甚至可以說(shuō)這兩種在上世紀(jì)八十年代時(shí)候的關(guān)注度不相伯仲，然而由于各種原因?qū)е骡c電池淡出了人們的視野。

在元素周期表中，鈉和鋰是距離最近的同族金屬元素，化學(xué)性質(zhì)極為相似，應(yīng)用在電池中最外層的電子數(shù)完全一致，鋰離子電池和鈉離子電池在充放電反應(yīng)中的攜帶電量也是一致的。

為什么“鈉電池”一直銷聲匿跡？是因?yàn)榧夹g(shù)不成熟嗎？

其實(shí)并不是，鈉電池的技術(shù)原理早已成熟，在當(dāng)時(shí)就形成了完整的體系。這兩種電池的技術(shù)，都是利用金屬離子作為電荷載體，這個(gè)傳輸過(guò)程中，電荷搭載著金屬離子在正極和負(fù)極之間傳輸，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)電池的充放電。而兩者在傳輸效率上來(lái)看，由于充放電反應(yīng)中攜帶的電量是一致的，其傳輸效率也是一致的。

一、鈉電池的優(yōu)勢(shì)

鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰而言儲(chǔ)量更豐富，價(jià)格更低廉。由于鈉離子比鋰離子更大，所以當(dāng)對(duì)重量和能量密度要求不高時(shí)，鈉離子電池是一種劃算的替代品。與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有的優(yōu)勢(shì)有：

1、鈉鹽原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；

（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

2、由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液（同樣濃度電解液，鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液20%左右）降低成本；

3、鈉離子不與鋁形成合金，負(fù)極可采用鋁箔作為集流體，可以進(jìn)一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；

4、由于鈉離子電池?zé)o過(guò)放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優(yōu)勢(shì)明顯，有望在大規(guī)模儲(chǔ)能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。

目前新能源汽車的主要成本來(lái)源之一就是電池，鈉離子電池的幾大優(yōu)勢(shì)都與成本有關(guān)，可見(jiàn)有望降低未來(lái)新能源汽車的整體成本，但其劣勢(shì)也是十分明顯的：能量密度低

能量密度：鈉離子電池 vs 鋰離子電池

在鈉離子和鋰離子的體積質(zhì)量方面，鈉的體積是超過(guò)了鋰的三倍以上，直徑也是更大，也就是說(shuō)，電池的能量密度遠(yuǎn)低于鋰電池，就像是你的車上塞進(jìn)了幾個(gè)大箱子，放幾個(gè)就放不下了，但如果我換成了小箱子，我能把車子里塞得滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)摹?/p>

（圖片來(lái)源于百度知道，侵刪）

從我們?cè)诰W(wǎng)上看到的數(shù)據(jù)來(lái)看，目前的鈉離子電池的能量密度約在80~100Wh/kg，在2017年研制出了150Wh/kg的鈉離子電池。而最近使用各種空間壓縮方案，和針對(duì)新能源車方案的鈉電池及鋰電池串聯(lián)、并聯(lián)集成的混搭設(shè)計(jì)，成功把該電池的能量密度搶救到了160Wh/kg左右，實(shí)話實(shí)說(shuō)，已經(jīng)可以與磷酸鐵鋰電池（LiFePO4）相媲美，有望取代在儲(chǔ)能領(lǐng)域上占據(jù)依舊的鉛酸電池的市場(chǎng)。

鉛酸蓄電池

雖然如此，鋰離子電池卻能夠比鈉離子電池有更高的能量密度，而且更小巧輕薄，這是目前鈉電池在先天上不如鋰電池的地方。

二、聚合物鋰電池的優(yōu)勢(shì)

1、能量密度

相比之下，格瑞普Grepow的聚合物鋰電池（Lithium Polymer battery）已經(jīng)在單體能量密度上達(dá)到了268Wh/kg的水平，其三元鋰電池（NMC811）已經(jīng)達(dá)到了275Wh/kg，循環(huán)次數(shù)達(dá)到500次的程度。

2、超快充技術(shù)

在鈉電池的技術(shù)突破上，在充電方面，鈉離子電池在常溫下僅需要15分鐘就能充電至80%以上。以目前格瑞普的鋰電池技術(shù)，聚合物鋰電池同樣可以達(dá)到最高5C的超快充水平，與該鈉電池的充電時(shí)間不相伯仲，而且高倍率的磷酸鐵鋰電池在20分鐘左右充到80%以上也是完全沒(méi)有問(wèn)題的。

3、形狀自由度

另外，以軟包疊片工藝制作的聚合物鋰電池，在重量、形狀和大小上，能夠制作成各種不同形狀，也被稱作是：異形電池（Shaped battery）。

格瑞普疊片軟包電池及異形電池

從目前的市場(chǎng)情況上來(lái)看，鈉電池的實(shí)際應(yīng)用方面，遠(yuǎn)不如鋰電池，而且由于市場(chǎng)導(dǎo)向?qū)е骡c電池要落后于鋰電池，且缺乏成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，前期成本也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生產(chǎn)鋰電池的投入。

三、結(jié)論

因此，在這些優(yōu)劣勢(shì)的對(duì)比之下，在我看來(lái)，鈉電池確實(shí)有其龐大的市場(chǎng)，且在新能源汽車及儲(chǔ)能行業(yè)的普及下，將有望替代傳統(tǒng)的鉛酸電池市場(chǎng)，在鈷、鎳、碳酸鋰的價(jià)格不斷上漲的市場(chǎng)情況下，鈉鹽可以說(shuō)是一股清流，可以幫助我國(guó)在新能源和儲(chǔ)能市場(chǎng)上占據(jù)一大優(yōu)勢(shì)。但我們不能因此否決鋰電池的特點(diǎn)和其優(yōu)勢(shì)，起碼在未來(lái)30到50年間，鋰電池依舊可能是無(wú)人機(jī)、智能穿戴、醫(yī)療和工業(yè)行業(yè)上的主流電池之一。